(57)【要約】【課題】高精度の電流測定と共に、被測定対象の導体に対する簡単な着脱を可能にする構造の光電流検出装置を提供することにある。【解決手段】被測定電流による磁界に応じたファラデー効果を有するセンサファイバ７を含む光電流検出装置において、当該センサファイバ７の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、当該折り返し光路部分では、センサファイバ７と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材として偏波面保存ファイバ９が設けられた構成である。【選択図】      図１
2005300422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング型共振器を備えたリングレーザー方式の光電流検出装置において、
前記リング型共振器は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。
【請求項２】
被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング状光路を備え、当該センサ用ファイバ部材から出射した２つの光の位相差に基づいて前記被測定電流の電流値を測定する干渉方式の光電流検出装置において、
前記リング状光路は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。
【請求項３】
前記センサ用ファイバ部材の両端には、円偏光と直線偏光の変換手段が設けられて、
前記折り返し用ファイバ部材は、当該変換手段を介して前記センサ用ファイバ部材に結合される偏波面保存ファイバ部材から構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光電流検出装置。
【請求項４】
被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を有する光電流検出装置において、
前記センサ用ファイバ部材は、可とう性収納管中に収納された気密構成であることを特徴する光電流検出装置。
【請求項５】
前記可とう性収納管の両端部には、クランプ部材が設けられたことを特徴とする請求項４に記載された光電流検出装置。
【請求項６】
被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を有する光電流検出装置において、
前記センサ用ファイバ部材に対して円偏光を伝播させるための１／４波長板と、
当該１／４波長板と前記センサ用ファイバ部材とを結合させるためのキャピラリー部材と
を有することを特徴する光電流検出装置。
【請求項７】
前記キャピラリー部材は、石英材質からなることを特徴とする請求項６に記載の光電流検出装置。
【請求項８】
前記キャピラリー部材において、前記１／４波長板と前記センサ用ファイバ部材とを結合させるための手段として、紫外線硬化タイプの接着剤を使用することを特徴とする請求項６に記載の光電流検出装置。
【請求項９】
前記センサ用ファイバ部材に対して円偏光を伝播させるための１／４波長板を、当該センサ用ファイバ部材の両端に設けられた前記光電流検出装置において、
一方の１／４波長板で生じる位相差がほぼ９０°となるように前記１／４波長板が構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電流検出装置。
【請求項１０】
被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング状光路を備え、当該センサ用ファイバ部材から出射した２つの光の位相差に基づいて前記被測定電流の電流値を測定する干渉方式の光電流検出装置において、
前記リング状光路は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材の両端に設けられた円偏光と無偏光の変換手段を介して、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。
【請求項１１】
前記折り返し用ファイバ部材は、シングルモードファイバ部材であることを特徴とする請求項１０に記載の光電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、光学素子の偏光特性の変化を利用して物理量の変化を測定する光応用計測装置の一種であり、特に、電流を測定するための光電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁物で構成されて、飽和がないため直線性が高く、直流から高周波まで測定が可能なコンパクトな電流検出装置として、光電流検出装置（以下、光ＣＴと表記する場合がある）が注目されている。この光ＣＴ（Optical Current Transformer）は、被測定電流により生じる磁界によって偏波面（直線偏光の振動面）が回転するファラデー効果を利用して電流を測定するものである。
【０００３】
光ＣＴには、当該ファラデー効果を信号として取り出す方式として、偏波面回転方式と干渉方式が提案されている。
【０００４】
偏波面回転方式は、ファラデー効果による偏波面の回転した光を、偏光子を用いて一偏光成分のみ取り出して強度信号に変換する方式である（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
また、干渉方式は、ファラデー効果で右回りと左回りの円偏光の伝播時間に差が生じることを利用し、右回りと左回りの光を干渉させて、この干渉光強度から測定電流値を求める方式である（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００６】
いずれの方式でも光を用いるため、電気ノイズの影響を受けにくく、電気的な計測器に対して高ダイナミックレンジ化が期待できる。しかし、強度信号を用いているため、検出部分での電気ノイズやドリフトによってダイナミックレンジが制限される。一方、光ＣＴの出力信号として、強度信号ではなくレーザーの発振周波数の差を用いることにより、高精度の電流測定を図るための方式がなされている（例えば、非特許文献３または特許文献１を参照）。
【０００７】
この方式による光ＣＴの構成を簡単に説明すると、送信ファイバにより励起光が伝播されて、ＷＤＭカップラを通ってファイバレーザー内に励起光が入力される。ファイバレーザーは、ファイバ増幅器とファラデー回転鏡によるリヤミラー及び出力ミラーよりなる共振器で構成されている。共振器では、光学長によって決まる共振周波数でレーザー発振が行われる。
【０００８】
さらに、１次導体に電流が通電されると、このファイバレーザーに磁界が加わり、ファラデー効果によって右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で屈折率が変化することとなる。共振器の光学長は、ｎ・ｌ（ｎ：屈折率、ｌ：ファイバ共振器長）で表されるので、右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で共振器長に差が生じることとなり、結果として、偏光子を透過してきた出力光からは、両発振周波数のビート信号が観測される。
【０００９】
このビート周波数は加えた磁界（電流）の大きさに比例することから、ビート周波数を測定することによって、電流を求めることが可能である。一般に、周波数信号は強度信号より高いダイナミックレンジを得やすいことから、高ダイナミックレンジの電流測定が期待される。
【００１０】
また、これまで説明した光ＣＴの応用として、既設の電線に、簡単に後付けが可能な光電流検出装置が提案されている（例えば、非特許文献４を参照）。
【００１１】
この装置は、鉄心を用いない事により、従来の巻き線型の光ＣＴに見られた磁気飽和の影響が無いことから、偏芯に強く、且つ、電磁相互差用を伴わないことから、０相電流の測定などが容易に行うことが出来る。しかし、一般に光電流検出装置は、磁界の周回積分を行う必要性から、センサファイバはループを構成しており、既設への取り付けを困難にしていた。当該装置は反射構成とすることによって、この問題を解決している。
【非特許文献１】高橋正雄他“Optical Current Transformer for Gas Insulated Switchgear using Silica Optical Fiber”IEEE Transactions on Power Delivery Vol.12, No.4, 1997, p.1422
【非特許文献２】S.X Short“Imperfect Quarter-Waveplate Compensation in Sagnac Interferometer-Type Current Sensor”Journal of Lightwave Technology, Vol.16, No.7, 1998, ｐ.1212
【非特許文献３】Myung Lae Leet 他“A polarimetric current sensor using an orthogonally polarized dual-frequency fiber laser”Meas.Sci.Technol., Vol.9, 1998, ｐ.952
【非特許文献４】黒澤潔他“Field Tests of Fault Section Locating System for Power Transmission Cable Lines Using Optical Fiber Current Sensors”16th International Conference on Optical Fiber Sensors, 2003
【特許文献１】特開２００１−２８１２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述したような従来の光ＣＴには、以下に述べるような解決すべき課題がある。
【００１３】
即ち、被測定対象の導体である例えば既設の電線に、簡単に後付けが可能な光電流検出装置としては、偏波面回転方式でしか、実現されていない。偏波面回転方式は、強度信号を用いており、原理的にダイナミックレンジを大きくすることが困難である。また、リングレーザー方式やサニャック干渉方式では、高ダイナミックレンジ化が期待できるが、その構成上、センサファイバはループ状である必要がある。このため、既設の電線に対して、簡単な着脱を困難にしている。
【００１４】
本発明の目的は、リングレーザー方式または干渉方式の光電流検出装置において、高精度の電流測定と共に、被測定対象の導体に対する簡単な着脱を可能にする構造の光電流検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の観点に従った光電流検出装置は、被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング型共振器を備えたリングレーザー方式の光電流検出装置において、前記リング型共振器は、前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光電流検出装置であれば、高精度の電流測定と共に、小形でかつ安定性に優れており、被測定対象の導体に対して容易に着脱を行なうことを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。
【００１９】
本実施形態の光電流検出装置は、通常では、回路基板上に実装される機器群と、被測定対象の導体６に対して装着されるリング共振器５と、スペクトラムアナライザ１４とに大別される。
【００２０】
機器群としては、ＬＤドライバ２により駆動されるレーザーダイオード１と、光電センサ１２と、増幅器１３とが基板上に実装されている。スペクトラムアナライザ１４は、増幅器１３により増幅されたビート信号１２Ａを入力し、被測定対象の導体６に流れる電流値を測定するためのビート周波数の観測結果を出力する。
【００２１】
リング共振器５は、カップラ４を介して送信ファイバ３及び受光ファイバ１１のそれぞれと結合されている。レーザーダイオード１から発光されたレーザー光は、送信ファイバ３及びカップラ４を経由して、リング共振器５に導入される。
【００２２】
リング共振器５は、レーザーダイオード１からのレーザー光を励起光として、リングレーザーを発振する構成である。リング共振器５は、例えばネオジウムやエルビウム等の材質からなり、励起光を入射することによって光の増幅作用を持つレーザー媒質を含む光ファイバ部材から構成される。光ファイバ部材には、ファラデー効果を有するセンサファイバ７及び偏波面保存ファイバ９が含まれる。
【００２３】
さらに、リング共振器５は、偏光子８及び１／４波長板１０を有する。偏光子８は、送信ファイバ３により導入される光から直線偏光を発生する。１／４波長板１０は、センサファイバ７の両端に配置されて、偏波面保存ファイバ９から出射した直線偏光を円偏光に変換して、センサファイバ７に伝播させる。
【００２４】
本実施形態のリング共振器５は、センサファイバ７が被測定対象である導体６の周囲を一周して１／４波長板１０を通過後に、光路が折り返される構造である。このため、図１に示すように、当該光ＣＴのセンサ部分は、２重破線１５の部分で開くことが可能となり、被測定対象である導体６に対する着脱を容易にさせている。ここで、レーザー光は、１／４波長板１０を通過後は、高複屈折ファイバである偏波面保存ファイバ９で伝播されている。このため、偏波面保存ファイバ９の部分では、磁界が加わった状態でも、偏波面は回転せず、センサファイバ７の部分でのみ磁界を感じることとなる。
【００２５】
（光電流検出装置の動作）
先ず、リング共振器５は、レーザーダイオード１から十分な励起光を与えられたときに、光路長Ｌによって定まる共振周波数でリングレーザーを発振する。ここで、被測定対象である導体６に電流が通電されると、ファラデー効果によって、リングレーザー中のセンサファイバ７の光路長は、右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で光路差が生ずる。当該各光路長をそれぞれ、「Ｌ＋δ」、「Ｌ−δ」とする。
【００２６】
このため、右回りと左回りの円偏光の共振周波数が異なるため、リングレーザーの発振周波数も、右回りと左回りの円偏光で異なる発振周波数となる。このため、右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で、ビートが生じる。
【００２７】
本実施形態の光ＣＴにおいては、カップラ４から発振光を取り出して、受光ファイバ１１により光電センサ１２まで伝搬させる。光電センサ１２は、当該発振光を光電変換して、ビート信号１２Ａを検出して増幅器１３に出力する。増幅器１３は、ビート信号１２Ａを増幅してスペクトラムアナライザ１４に出力する。
【００２８】
このビート周波数は、導体６に通電された電流値に比例するため、当該ビート周波数をスペクトラムアナライザ１４で観測することにより、被測定対象である導体６に流れる電流値を検出することができる。
【００２９】
このような原理において、リング共振器５では、ファラデー効果を有するセンサファイバ７には、円偏光が伝播することが必要である。リング共振器５では、偏光子８によりレーザーダイオード１から導入された励起光から直線偏光が得られる。この直線偏光を、偏波面保存ファイバ９で伝播させる。即ち、折り返し光路中での偏光を直線偏光とし、偏波面保存ファイバ９中を伝播させることで、ファラデー効果の影響を抑制できる。
【００３０】
さらに、直線偏光は、１／４波長板１０により円偏光に変換されて、センサファイバ７で伝播される。従って、センサファイバ７が完全に磁界の周回積分を行える構成を可能としている。
【００３１】
以上のように本実施形態の光電流検出装置であれば、電流検出用信号としてビート周波数信号を使用するため、ダイナミックレンジを大きく取ることが容易である。また、センサとしてファイバ７を用いているので、光路を全てファイバ或いは導波路とすることが容易であり、バルク部品に有るような位置ずれによる光量の不安定などが生じず、高精度化が容易である。さらに、ファラデー効果を受けるセンサ部分が完全に閉じているため、原理的に外部磁界の影響を受けず、高精度化が可能である。
【００３２】
ところで、センサファイバ７として、光弾性効果の大きい媒質を使用すると、ファイバをループ状に巻くことによって直線複屈折を生じることとなる。このように大きな直線複屈折を生じたファイバでは、光ファイバの伝播モードが直線複屈折の軸に一致した直交した２つの直線偏光となり、ファラデー効果による旋光性を加えても円偏波は伝播せず、結果としてビート周波数は直交した２つの直線偏光の周波数差が観測されるのみで、１次導体６に電流を通電しても、その周波数は変化しない。
【００３３】
このような直線複屈折の影響を除去する方法としては、ファイバに捻りを加えることが効果的であることが知られている。ファイバーに捻れを加えると、その伝播モードは円複屈折となり、効果的にファラデー効果による旋光を捉えることが出来る。このときに使用する光ファイバは、直線複屈折を持たないファイバーでも、或いは高複屈折ファイバでも良く、直線複屈折に対し、十分な捻りを加えることで、伝播モードを円偏波にすることができる。
【００３４】
以上要するに本実施形態の特徴としては、リングレーザーの幾何学的構成である。即ち、センサファイバ７が導体６を一周したのちに、１／４波長板１０を通過後に、光路が折り返された構造である。この結果、前述したように、当該光ＣＴのセンサ部分を、図１に示す２重破線１５の部分で開くことが可能となり、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、干渉方式の光ＣＴに応用したものである。
【００３６】
この干渉方式の光ＣＴでは、図２に示すように、リング型光路２０の外部に光源１６が設けられている。また、干渉方式の光ＣＴは、リング型光路２０を右回りに伝播する光と、左回りに伝播する光とで光学長が変わる構成であり、この２つの光の位相差から物理量を求める計測装置である。この光学長を変える手段として、ファラデー効果が利用されている。
【００３７】
本実施形態の光ＣＴは、光源１６としてはスーパー・ルミネッセント・ダイオードを使用する。このダイオード１６は、ドライバ１７で駆動されて発光し、第１のカップラ１８を透過する光を出力する。
【００３８】
この光は、偏光子８によって直線偏光となり、リング状光路２０まで光が導かれる。また、当該光は、偏波面保存型の第２のカップラ１９により、リング状光路２０を右回りと左回りに伝播する光に分岐される。まず、右回りに回る光について説明する。
【００３９】
分岐された光は、１／４波長板１０で円偏光となり、センサファイバ７でファラデー効果による位相差を受ける。センサファイバ７を透過した光は、再び１／４λ板１０で直線偏光に変換された後に、偏波面保存ファイバ９を通過して第２のカップラ１９まで戻ってくる。
【００４０】
一方、左回りに伝播する光は、右回りに伝播すると光と全く逆の順番で各素子を伝播し、センサファイバ７中では、右回りの光とは逆の右回りの円偏光で伝播することになる。このため、右回りの光と左回りの光では、ファラデー効果による位相差θがプラスマイナスが逆となり、干渉光の強度はｃｏｓ２θに比例して変化する。
【００４１】
光電センサ１２は、当該干渉光強度を電気信号に変換して信号処理回路２１に出力する。信号処理回路２１でアークコサインを取ることによって、被測定対象の導体（図示していないがリング状光路２０の近傍に配置）を流れる電流値を検出できる。
【００４２】
本実施形態に関する干渉方式の光ＣＴにおいても、前述の第１の実施形態と同様に、リング状光路２０（リングレーザー）は、１／４波長板１０を透過後、光路を折り返す構造である。従って、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図３から図６は、第３の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、第２の実施形態に関する装置のリング状光路２０の構造に関係したものである。なお、第２の実施形態の光電流検出装置と同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は、特にセンサファイバ７に対する水分によるファイバ材の劣化進展を防止し、或いは、結露・結氷による複屈折の増加を避けるため、リング状光路２０を気密構造とした構成である。
【００４５】
具体的には、図３に示すように、センサファイバ７、偏波面保存ファイバ９、及び１／４波長板１０のそれぞれが、可とう性金属管２２の中に収納された気密構造である。ここで、センサファイバ７の両端には、１／４波長板１０がそれぞれ融着されている。さらに、リング状光路２０の折り返し光路部として、偏波面保存ファイバ９が融着されている。
【００４６】
本実施形態の可とう性金属管２２は、図４に示すように、筒状の金属管からなり、一方の開口が金属製閉止蓋２３を溶接するなどの方法で、事前に気密閉止処理が施されている。この金属管２２の中に、センサファイバ７、偏波面保存ファイバ９、及び各１／４波長板１０が、挿入される。
【００４７】
また、偏波面保存ファイバ９には、金属コーティング２４が施されて、もう一方の金属管２２の端面に溶接された金属製閉止蓋２３に設けられた貫通孔に半田付け固定される。
【００４８】
本実施形態の可とう性金属管２２は、図５（Ａ）に示すような形状から、同図（Ｂ）に示すように、被測定対象の導体６の周囲に巻くような形状に変化させて、クランプ部材２２Ａにより両端面を固定させることが可能である。これにより、センサファイバ７の両端を固定させ、センサファイバ７の周回状態を保持し、センサ７の着脱時の感度変化を押さえた高精度な光電流検出装置を実現することが可能となる。換言すれば、リング状光路２０（リングレーザー）は、可とう性金属管２２により気密閉止された状態で、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。
【００４９】
図６は、本実施形態の可とう性金属管２２の変形例に関する図である。
【００５０】
本変形例は、図６に示すように、偏波面保存ファイバ９からなる折り返し光路部分を可とう性金属管２２の外側に配置し、かつ、結束バンド２５により固定された構造である。
【００５１】
本変形例では、センサファイバ７の両端には、１／４波長板１０が融着されて、さらに偏波面保存ファイバ９と融着されている。この偏波面保存ファイバ９の部分で、光路を折り返し、Ｕ字型の光路が構成されている。偏波面保存ファイバ９には、金属コート２４が施されて、可とう性金属管２２の両端に溶接された金属製閉止蓋２３と半田付け固定される。
【００５２】
可とう性金属管２２の両端にはファイバリードが延びているので、この両端を若干のテンションをかけながら固定することにより、金属管２２中にファイバがまっすぐに固定され、形状の変化を抑えることができる。
【００５３】
なお、偏芯や外部磁界の影響を完全に除去するためには、導体６の周りにセンサファイバ７で完全な閉ループを構成する必要がある。このため、センサファイバ７の両端部を、１／４波長板１０の部分でクランプ部材により固定し、この両端部分を最も近接させて固定を行うことにより、この偏芯及び外部磁界の影響を、効果的に除去することが可能となる。
【００５４】
以上のように本実施形態によれば、気密構造を保ちながら、リング状光路２０（リングレーザー）を、被測定対象である導体６に対して容易に着脱することができる。
【００５５】
なお、可とう性金属管２２と同一機能を実現できるものであれば、可とう性金属管の代りに他の材料からなる収納管でもよい。
【００５６】
（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に関する光電流検出装置において、特にキャピラリ２６を使用したファイバ７，９の結合構造を示す図である。
【００５７】
前述の各実施形態の光電流検出装置では、センサファイバ７のファイバ部材としては、石英ファイバと、鉛ガラスファイバが主に用いられている。このうち、鉛ガラスファイバは、ベルデ定数が高く、かつ、光弾性定数が低いことから、電流用センサファイバとして適していると考えられている。
【００５８】
しかしながら、当該鉛ガラスファイバは、通信用で一般的に用いられている石英ファイバに対して、融点が低く、石英ファイバとの融着が困難である。このことは、適用対象を大幅に制限する要因となる。具体的には、前述の第１及び第２の各実施形態でのリングレーザーの電流センサ部に適用しようとした場合には、当該センサ部の両端にバルクの光学部品を用いた結合光学系が必要となり、当該センサ部の安定性を維持することは困難であり、現実的ではない。
【００５９】
そこで、本実施形態では、石英材質のキャピラリー２６中に、端面を研磨された鉛ガラスファイバ２７の端部を挿入し、キャピラリー２６中で偏波面保存ファイバ９に融着された１／４ビート長の高複屈折ファイバからなる１／４波長板１０と突き当てて、接着剤で固定している。この鉛ガラスファイバ２７は、前述のセンサファイバ７を構成するファイバ部材である。
【００６０】
以上のようにして本実施形態によれば、キャピラリー２６を使用してファイバの位置合わせを行って、センサファイバ７を構成する鉛ガラスファイバ２７と、石英ファイバからなる１／４波長板１０とを突き合わせて接着することによって、低損失で且つバルク部品を用いない安定したファイバ結合構造を実現することができる。
【００６１】
折り返し光路部分を、センサファイバ７と比較してファラデー効果に対する感度を抑制するための対策としては、ファイバの材質を変える方法が有効である。しかしながら、実際には、ファイバ間の接続を考えると、ファイバ間の融点の差が大きい場合には融着を行うことが困難である。また、融着装置の関係上、石英ファイバ同士の融着以外は困難である。また、コネクタ接続を行う場合には、ファイバの端面同士を押し付け合い、かつ、研磨に耐え、研磨後も端面が擦れる事を考慮する必要があり、或る程度の機械強度を持った光ファイバにしか適用できない。このため、例えば鉛ガラスファイバのようなファイバに対しては、コネクタ接続が困難である。そこで、本実施形態の構成であれば、機械強度のないファイバに対しても容易に接続が可能となり、ファイバ材料選択の幅を大幅に広げることが可能となる。
【００６２】
また、キャピラリー２６の材質として石英を用いることによって、偏光の安定性を格段に向上することができる。即ち、キャピラリー２６とファイバ２７とが接着により固定されることによって、キャピラリー２６の熱膨張の影響をファイバ２７が受けることになる。この場合、キャピラリーとファイバの材質を同一にする事によって、キャピラリーとファイバが同様に伸縮することにより、キャピラリーの伸縮時にもファイバに力を加えることなく、光弾性による偏光特性の変化を抑えることが出来る。
【００６３】
このとき、用いているファイバの材質は鉛ガラス及び石英の２つであることから、両者に対してこの条件を満たすことは出来ない。一般的にはセンサファイバの複屈折が感度変化に直接作用するため、重視しがちであるが、１／４波長板１０の複屈折変化も、センサファイバの複屈折変化と同様に、電流センサ部の感度変化に作用する。実は、この場合、鉛ガラスファイバの方が、光弾性手定数が小さいので、こちらを犠牲にして、キャピラリー２６を石英とすることで、複屈折変化を抑制することができる。
【００６４】
さらに、キャピラリー２６の材質を石英とする事によって、紫外線硬化タイプの接着剤を用いることが出来る利点がある。紫外線硬化タイプの接着剤は常温で硬化でき、且つ硬化収縮が小さいことから、硬化時の位置変化を最低にすることができることから、接続部の光量損失を小さく抑えることが可能で、且つ、複屈折の低減にも都合が良い。
【００６５】
ここで、１／４波長板１０を構成する偏波面保存ファイバの材質が一般的に石英であり、これとキャピラー２６の材質を一致させることによって、キャピラー２６の熱膨張によって接着面に加わる応力を低減させ、接着部の寿命を向上させることができる。これと共に、応力によって１／４波長板１０の複屈折が変化することを防ぎ、光電流検出装置の温度特性を保つことが可能となる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図８（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施形態に関する光電流検出装置において、特にセンサファイバ７の形状変化による感度低下の問題を解決するための構造を説明するための図である。
【００６７】
被測定対象の導体６に対して、リング状光路を構成するファイバ部材（７，９，１０）を装着するときに、捩れに起因する旋光が問題となる。これは、ファイバ部材の着脱に伴なって、当該ファイバ部材の形状が微妙に変化することにより、ファイバ中での旋光の度合いが変化することである。
【００６８】
ここで、旋光自体は、センサファイバ７を透過する２方向の光に同じ屈折率変化を与えることになるため、結果として、伝播時間は変わらず、センサファイバ７の出力に対しても影響は与えない。しかしながら、センサファイバ７の両端に設置された１／４波長板１０の相対的な軸関係が崩れることになり、センサファイバ７の感度が変化することになる。以下図８（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。図８（Ａ），（Ｂ）において、円は円偏光、楕円は楕円偏光、矢印は直線偏光を意味する。
【００６９】
図８（Ａ）に示すように、センサファイバ７に対して、１／４波長板１０によって得られた円偏光が入射するが、１／４波長板１０による位相差は完全に９０°とはならず、ある位相誤差をもって入射される。この結果、入射光は楕円偏光となる。楕円偏光は、直線偏光と円偏光の重ね合わせで示すことができるので、センサファイバ７の複屈折を０とすると、対向側の１／４波長板１０には直線偏光と円偏光が入射することになる。このとき、円偏光成分は、１／４波長板１０で直線偏光となり、高複屈折ファイバの軸に一致した直線偏光が１／４波長板１０から出射される。
【００７０】
一方、同図（Ｂ）に示すように、直線偏光においては、１／４波長板１０の軸と一致した直線偏光が入射した場合には、直線偏光が出力され、また１／４波長板１０の軸と４５°偏波面がずれた直線偏光が入射した場合には、円偏光が出力されることになる。このため、入射の偏波面が１／４波長板１０の出力光の偏光状態に影響を与えることになる。これによって、センサファイバ７の感度が変化することとなる。
【００７１】
このような、１／４波長板１０との相対的な軸関係の変化による誤差を低減するためには、完全な円偏波を伝播することによって、解決可能であることがわかる。即ち、少なくとも一方の１／４波長板１０の複屈折をほぼ９０°とすることによって、この問題を解決できることになる。
【００７２】
即ち、本実施形態では、センサファイバ７中に円偏光を伝播させるための１／４波長板１０を、センサファイバ７の両端に設けた構成において、一方の１／４波長板１０で生じる位相差がほぼ９０°（９０°±１°程度）となるように製作する。
【００７３】
これにより、導体６に取り付けられたセンサファイバ７を一度取り外し、再度取り付ける場合、センサファイバ７の微妙な形状の変化により、センサファイバ７を出射する偏光は回転方向に変化することになる。
【００７４】
これは、光電流検出装置の感度変化の原因となるので、一方の１／４波長板１０で生じる位相差をほぼ９０°となるように製作しておくと、センサファイバ７中に完全な円偏光が伝播することになる。従って、偏光が回転方向に変化しても、ファイバ７の出射口での偏光は一切変化せず、着脱による感度変化の問題のない高精度な光電流検出装置を実現できることになる。
【００７５】
（第６の実施形態）
図９は、第５の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、前述の第２の実施形態での折り返し光路部分をシングルモードファイバ（一般通信用光ファイバ）２９により構成したものである。なお、第２の実施形態の光電流検出装置と同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
本実施形態では、図９に示すように、リング状光路２０において、センサファイバ７の両端には１／４波長板１０が配置されている。さらに、偏光子８が融着接続されて、その外側にデポラライザ（無偏光化素子）２８が融着されている。
【００７７】
リング状光路２０での動作を説明すると、まず、シングルモードファイバ２９を伝播してきた光は、デポラライザ２８で無偏光に変換されて、その後、偏光子８で直線偏光にされる。次に、１／４波長板１０で円偏光にされて、センサファイバ７を伝播することになる。
【００７８】
さらに、センサファイバ７を出射してきた光は、１／４波長板１０で直線偏光となる。この光が偏光子８を透過し、デポラライザ２８で無偏光になる。このようにして、円偏光から無偏光の変換を行い、折り返し光路部分２９に無偏光を伝播させる。
【００７９】
以上のように本実施形態の構成であれば、無偏光に変換するための光学素子２８を配置させることで、無偏光を利用して、折り返し光路部分のファラデー効果に対する感度を低減させることを実現している。これにより、センサファイバ７の部分でのみファラデー効果を受けることになるリング状光路２０を構成できる。従って、被測定対象の導体に対して容易に着脱可能で、当該導体の生じさせる磁界の完全な周回積分を実現でき、高精度の電流検出を実現することができる。
【００８０】
また、本実施形態の構成であれば、折り返し光路部分として、一般的な通信用ファイバであるシングルモードファイバ２９を使用するため、相対的に製造コストの低減化を図ることができる。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。
【図３】第３の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に関する可とう性金属管の構造を示す図。
【図５】第３の実施形態に関する可とう性金属管の構造を示す図。
【図６】第３の実施形態に関する可とう性金属管の変形例を示す図。
【図７】第４の実施形態に関する光電流検出装置のファイバの結合構造を示す図。
【図８】第５の実施形態に関する光電流検出装置の構成を説明するための図。
【図９】第６の実施形態に関する光電流検出装置の構成を説明するための図。
【符号の説明】
【００８３】
１…レーザーダイオード、２…ＬＤドライバ、３…送信ファイバ、４…カップラ、
５…リング共振器、６…導体、７…センサファイバ、８…偏光子、
９…偏波面保存ファイバ、１０…１／４波長板、１１…受光ファイバ、
１２…光電センサ、１３…増幅器、１４…スペクトラムアナライザ、１６…光源、
１７…ドライバ、１８…第１のカップラ、１９…第２のカップラ、２０…リング状光路、
２１…信号処理回路、２２…可とう性金属管、２３…金属製閉止蓋、
２４…金属コーティング、２５…結束バンド、２６…キャピラリー、
２７…鉛ガラスファイバ、２８…デポラライザ、２９…シングルモードファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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